网络架构与七层参考模式

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• 计算机网络概论——网络基础
  • 网络概览
    • Applications应用
    • 应用层协议
    • 网络链接Network Connectivity
      • 重要名词 Important terminologies
      • Terminologies
      • 数据元是如何在互联网上被传输的？How datagrams are delivered in an Internet?
      • 合理的资源分配Cost-Effective Resource Sharing
        • FDM: Frequency Division Multiplexing 频道分割
        • TDM：Time-division Multiplexing 时间分割
        • Statistical Multiplexing 统计多工
      • Logical Channels 逻辑频道
      • Network Reliability 网络可靠性
  • Network Architecture 网络体系结构
    • Protocols 协议
      • Protocols interface 协议接口
      • Protocols 特点
      • Protocol Architecture 协议结构
  • 开放系统互连架构 OSA(Open Systems Interconnection) Architecture
    • 结构分层
    • Host如何和Router链接
    • 网络分层描述 Description of Layers
  • 网络性能Network Performance
    • Delay X Bandwidth
    • Throughput

计算机网络概论——网络基础

网络概览

Applications应用

通常人们如何通过什么途径认识网络？

• 浏览器
• 在线游戏
• Email
• 社交网络
• 网络串流
• 文件分享
• 即时通讯

应用层协议

• URL(Uniform resource locater)
• HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)
• TCP(Transmission Control Protocol)

一次URL请求大概需要17次message？

• 6个找到IP地址
• 3次握手 TCP
• 4次 HTTP
• 4次 tearing down(取消)TCP

网络链接Network Connectivity

重要名词 Important terminologies

• Link(设备连接 有线/无线)
• Nodes(设备 电/手机)
• Point-to-point(点对点)
• Multiple access(两个以上的连接)
• Switched Network(交换网络)
  • Circult Switched(线路交换)
  • Packet Switched(数据包交换)
• Packet,message
• Store-and-foward

Terminologies

• Host(主机)
• Switches(交换机)
• Spanning tree(生成树协议)
• internetwork(互联网)
• Router/gateway(路由器)
• Host-to-host connectivity(终端对终端连接)
• Address
• Routing(路由)
• Unicats/broadcats/multicast(特定对象/广播/多个)
  • broadcats通常会被Router拦截
• LAN(Local Area Networks 局域网)
• MAN(Metropolitan Area Networks 城域网)
• WAN(Wide Area Networks 广域网)

数据元是如何在互联网上被传输的？How datagrams are delivered in an Internet?

路由器之间会交换彼此网络状态，数据元会根据状态自动调整传输路线。

路由器可以将fragment（封包切分），当封包超过大小上限值的时候会被fragment。

每一个小的封包都具备完整的地址信息，可以被独立传送。

每一个小的封包都是独立的，所以每个小封包的路径可能会不一样，这样造成封包未必会按照顺序到达接受的Nodes

当封包过多次被Routing没有送达会被Router丢弃，就会存在丢包

合理的资源分配Cost-Effective Resource Sharing

• resource资源：links and nodes
• How to share a link?
  • Multiolexing(多个input共用一个links进行output)
  • De-multiplexing

FDM: Frequency Division Multiplexing 频道分割

TDM：Time-division Multiplexing 时间分割

Statistical Multiplexing 统计多工

• Data is transmitted based on demand of each flow
• FIFO先进先出， Round-Robin轮流，Priorities(Quality-of-Service(Qos)重要优先)

Logical Channels 逻辑频道

两个Host的连接，就叫做Logical Channel

Network Reliability 网络可靠性

• 网络应该隐藏错误
• Bits 丢失/错误
  • Bits error收到电场电磁波干扰，会出错（1，0错误）
  • 大量Bits错误，Burst errors。
  • 无法纠错会丢包
• Packets are lost (Congestion)网络阻塞
• Links and Node failures
• Messages are delayed 延迟
• Messages are delivered out-of-order 封包顺序错乱
• Third parties eaves drop 第三次篡改

Network Architecture 网络体系结构

Protocols 协议

• 定义横向通信规范
  • peer system
• 上层协议需要下层提供服务
• Building blocks of a network arch architecture
• 每个协议有两个 interfaces
  • Service interface 为上层提供服务
  • Peer-to-Peer interface 对等网络

Protocols interface 协议接口

• 横向
  • 格式
  • 流程
• 纵向
  • 提供不同服务

Protocols 特点

• Protocols Specification 协议规格
• Interoperable 可以互通
• IETF 制定协议

Protocol Architecture 协议结构

下层服务加值提供给上层协议服务

开放系统互连架构 OSA(Open Systems Interconnection) Architecture

结构分层

• Application 应用层
• Presentation 表现层/呈现层
• Session 会话层
• Transport 传输层
  • 负责分类不同服务
  • TCP/UTP
  • 只有两端host有
• Network 网络层
  • 如何送给对方host
  • IP
• Data Link 数据链路层
  • 如何传输数据给下一个Router(下一步)
• Physical 物理层
  • 电缆，光纤，无线网络
  • 如何传输信号

Host如何和Router链接

Host => LAN(交换机) => Router

交换机只解析到Data Link链路层

链路层传输依靠物理层网卡位置信息

设备可以处理第几层，就是第几层的设备。

网络分层描述 Description of Layers

• Physical Layer 物理层 如何在Link上传输
  • Coaxial cable 同轴电缆
    • Twisted pair 双绞线（搅在一起降低电磁干扰，8条线）
    • Optical Fiber 光纤 （不受电磁波干扰， 传输距离远）
    • Air space 电磁波 (wireless radio channel)
  • Different Signal Coding schems 不同编码
    • 发送和接受要求速率相同
    • 不同材料不同coding
• Data Link Layer 链路层 (如何将frame传给直接相连的主机或者设备)
  • Collects a streame of bits into a frame
  • How to transmit a frame to a directly connected host (destination)?
  • MAC(Media Access Control Protocol) 媒体访问控制
    • CSMA/CD(IEEE 802.3 Ethernet) 监听是否有正在传输
    • CSMA/CA(IEEE 802.11 Wireless LAN)
  • Layer 2 devlces 2层设备
  • Switches 交换机
  • Bridges
• Network Layer 网络层 (如何将封包送到目的地主机)
  • IP to IP
  • How to transmit frames to a host via the Internet?
  • Handle routing among nodes within a packet-switched network
  • Data exchanged between
  • IP protocol不可靠服务
  • Router之间互通状态，
  • Routing protocols 为了动态选择路径，依靠的protocol。网络层最重要的内容
    • RIP 第一代协议，每30秒交换一次状态
    • OSPF 会寻找最短路径
    • BGP
  • Routing Tables 路由状态信息会存入Routing Tables
    • Routing Tables 自身是动态维护的，所以Table的信息是会变的
    • 收到封包，获得header，根据ip查询Routing Tables，传递给下一个Router
• Transport Layer(提供不同主机processes之间的数据传输)
  • Implements a process-to-process channer
  • Unit of data exchanges in this layer is called a message
  • TCP(Transmission Control Protocol) - Reliable service 可靠服务
  • UCP(User Datagram Protocol) - Unreliable service 不可靠服务
• Session Layer 会话层
  • Provides a name space that is used to tie together the potentially different transport streamsthat are part of a single application
  • 将不同的streames汇合为一起
• Presentation Layer 表现层/呈现层
  • Concerned about the format of data exchanged between peers
  • 双方数据的格式标准
• Application Layer 应用层
  • Standardize common type of exchanges
  • FTP/E-mail/DNS/HTTP/Browsers..

Host有7层，Router只有传输层以下三层，交换机只有物理层和链路层

实际上使用中并不严格按照7层来，可以跳过中间的层。

网络性能Network Performance

• 频宽 Bandwidth
  • `Number of bits per second
• 1Mbps: 1 * 10^6 bits/second
• 速度越快，bit宽度越窄
• 信号传递时间 + 传输资料的时间 + queuing time
  • 距离/速度
  • size大小/bandwidth频宽
• 问题
  • 传输完，前导资料未到（）
  • 传输为完后才能，前导资料已到（transmission time）

Delay X Bandwidth

• Delay X Bandwidth = pipe full 的资料量
• Bandwidth 和 latency 哪个重要
  • 大档案传输Bandwidth重要
  • 小资料latency更重要
  • latency的动态 jitter jitter越大越不稳定
• 在停下来等对方回应之前能够传输最多的资料量

Throughput

• RTT(Round Trip Time) dominates
• Throughput = TransferSize/TransferTime